[发明专利]双泵容积式水轮机调速器

说明书

技术领域：

本发明专利涉及一种由油泵直接控制水轮机主接力器的双泵容积式水轮机调速器，应用于中小型水电站水轮机调速器之中。

背景技术：

水轮机的主接力器的开度是由引导阀和主配压阀等器件构成的调速器来控制的，它是经典的控制方式，也是目前水轮机行业中唯一的控制方式。这种控制系统称为阀控缸节流控制系统。它具有两大结构特点：①采用滑阀副结构，对主接力器的控制是以滑阀副节流边开度大小来实现。②采用由螺杆泵组成的压油装置向调速器供油。数十年来，调速器技术得到长足发展，结构不断改进，性能日趋完善，但这两大传统结构形式始终没有变化，至今为止尚未出现过其他型式的调速器。但这种传统型式的调速器存在着下述的不足之处：

①由于采用滑阀副结构型式，调速器的性能优劣很大程度上取决于滑阀副的加工精度和装配质量。滑阀副节流边轴向搭接量大小是决定了调速器的死区和系统稳定性，滑阀副的径向间隙大小决定了系统的内泄、静态漂移、动作灵活性和工作可靠性。正由于这个原因，调速器中的引导阀和主配压阀成为调速器制造过程两大关键部件，结构复杂、制造精度高、成本高。

②调速器的性能指标有静态和动态两大类。为提高现有调速器的性能而采取的一些措施，往往对静态和动态性能的提高，具有互相制约作用，这对调速器的设计及调试带来一定的难度。

③滑阀副类型的调速器是借助于滑阀副节流边开度大小来实现控制，具有较大的节流损失，能量利用只有2/3左右。为避免调速器油温升高过快，调速器的油源系统容量必须加大，故造成压油装置及集油箱体积庞大。

④现有调速器动态甩负荷很难实现快速无超调过程，调节次数多，过渡过程时间长，这种不良性能更会造成调速器耗油增加，压油装置容量加大。

在液压控制控制领域中还存在另一种调速控制方式，就是由油泵直接控制油缸的控制方式，称为泵控缸容积控制系统。它与前者相比最明显的优点是它不存在滑阀副结构的节流损失，具有明显的节能效果。

水轮机调速器按这种方式来控制，则主接力器的开度，直接由油泵输出排量的积分值所控制。对于定排量的容积泵而言，为达到这个目的，油泵转速必须可变。随着电机调速控制技术的发展和进步，实现油泵转速可变，输出排量可控有了可能。当今变频调速电机和交流伺服电机都是可实现调速的两类可选择的电机型式，变频调速电机尽管控制功率可作得很大，足以覆盖调速器所需求的控制功率的范围，但由于系统的频率响应特性不佳，难以胜任调速器的要求，不适宜作调速器的控制电机。交流伺服电机的频率响应高，非常适宜于调速器的控制电机，但由于控制功率偏小，同时稍大功率的伺服电机成本较高，用户难以接受，因此它的使用范围也受到一定限制。

观察调速器实际运行情况可知，在调速器投运的绝大部分时间里，它均对小偏差信号实施控制，以达到水轮发电机组对电网频率跟踪和功率微调，仅在机组启停及大幅度增减负荷时，调速器才会出现这种大偏差信号的调节，次数少，时间短暂。现把偏差信号大小不等的两种运行状态分别由两个控制系统来承担，主控制系统承担小偏差信号长期、连续和精确控制，而副控制系统承担大偏差信号的断续、快速控制，这种设计方案是完全有可能实现的。两个控制系统配备不同的器件，发挥各自的优势，完成不同的调节任务，做到物尽其用，达到最高的性价比。这就是研发双泵容积式调速的主要原因。

发明内容：

本发明专利就是综合目前技术发展现状而提出的一种调速器，它是以油泵控制主接力器的容积控制原理构成的，采用二台容量不等的容积式油泵组成调速器主、副控制系统，油泵既是系统的控制器件，又是向系统提供动力的组件。主控制系统由交流伺服电机，双向可逆旋转齿轮泵或其他类型的容积泵，双向液控单向阀、补液阀及溢流阀等组成。它的调速精度高，但调速功率有限。因此主控制系统仅承担调速器长期、连续小偏差信号精确控制。副控制系统由普通三相交流电机，单向旋转齿轮泵或其他类型的容积泵，三位四通插装阀组件、溢流阀、单向阀及蓄压器等组成。该系统控制功率大，但控制精度不高，因此它承担调速器大偏差信号断续、快速控制，以满足调速器瞬间大偏差信号的控制。

当输入偏差信号较小时，仅主控制系统投入工作。因主控制系统由交流伺服电机控制，它的控制精度高、控制响应快，调速器控制死区小、静态性能指标较为理想。同时在小偏差信号控制时所需的控制功率小，刚好与交流伺服电机的输出功率相匹配，物尽其用，使得交流伺服电机的优点得以充分发挥。